机械设计基础平面连杆机构课件

1第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构工业设计机械基础工业设计机械基础1 1 概述概述2 2 铰链四杆机构的基本形式及其演化铰链四杆机构的基本形式及其演化3 3 铰链四杆机构的几个特性铰链四杆机构的几个特性4 4 铰链四杆机构设计简介铰链四杆机构设计简介第第五五章章 平面连杆机构平面连杆机构2第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构1 1 1 1 概述概述概述概述契贝谢夫四足步行机构3第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构连杆机构连杆机构：由若干个刚性构件用低副联接而成，构件大多呈杆状。平面连杆机构平面连杆机构：所有杆件在同一平面或平行平面内运动。u 面接触压强小，易润滑，磨损小；u 接触面简单，易加工，成本低，并可保证精度。u 构件和运动副多，累积误差大；u 要精确实现任意运动规律，设计困难。u 惯性力难平衡，不宜用于高速。优优点点缺缺点点一、组成一、组成二、特点二、特点4第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构广泛应用于各种机器中。三三、应用、应用5第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构6第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构7第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构2 2 铰链四杆机构的基本形式铰链四杆机构的基本形式及其及其演化演化u曲柄：能作整周回转的连架杆。u摇杆：只能作往复摆动的连架杆。机架：固定不动的杆4。连架杆：与机架相连的杆1、3。连杆：不与机架直接联接的杆2。qq铰链四杆机构铰链四杆机构：全部由回转副组成的平面四杆机构。组成曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构qq 分类分类四杆机构最基本的形式一、铰链四杆机构的基本形式一、铰链四杆机构的基本形式8第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构1.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 两个连架杆一个为曲柄，另一个为摇杆。通常以曲柄为原动件。9第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构2、双曲柄机构、双曲柄机构两个连架杆均为曲柄。旋转式水泵10第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构平行双曲柄机构平行双曲柄机构：两相对构件等长。：两相对构件等长。正平行四边形机构正平行四边形机构：对边平行BC平移，不旋转。应用：天平、蒸汽机车11第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构12第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构反平行四边形机构：不平行13第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构3、双摇杆机构双摇杆机构q 特点：两连架杆均为摇杆。q 等腰梯形机构两摇杆等长 q 应用：汽车前轮转向机构14第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构 保证曲柄与机架实现两次共线，即存在BCD和B”C”D。BCD中：1234l4-l1+l2l3 l1+l3l2+l4l4-l1+l3l2 l1+l2l3+l4B”C”D中：l1+l4l2+l3三式两两相加：l1l4l1l2l1l3存在一个曲柄的条件（曲柄摇杆机构条件）：l最短杆+l最长杆 l其余1+l其余2 (存在曲柄的必要条件)曲柄为最短杆（最短杆为连架杆）。二、铰链四杆机构存在曲柄的条件二、铰链四杆机构存在曲柄的条件15第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构当满足 l最短杆+l最长杆 l其余1+l其余2时：u最短杆邻杆为机架：曲柄摇杆机构；u最短杆为机架：双曲柄机构；u最短杆对面杆为机架：双摇杆机构；16第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构三、三、铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 转动副转动副转动副转动副移动副移动副移动副移动副对心曲柄滑块机构R R偏置曲柄滑块机构17第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构2134567,818第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构 取不同构件取不同构件取不同构件取不同构件为机架为机架为机架为机架曲柄滑块机构曲柄滑块机构导杆机构导杆机构摇块机构摇块机构定块定块机构机构（移动导杆机构）（移动导杆机构）l1l2：摆动导杆19第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构牛头刨床牛头刨床20第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构 扩大回转副扩大回转副扩大回转副扩大回转副曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构偏心轮机构偏心轮机构偏心轮机构偏心轮机构偏心轮机构偏心轮机构偏心轮机构偏心轮机构双偏心轮机构双偏心轮机构双偏心轮机构双偏心轮机构滑块内置偏心轮机构滑块内置偏心轮机构滑块内置偏心轮机构滑块内置偏心轮机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构12 321第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构 两个移动两个移动两个移动两个移动副副副副正弦机构双滑块机构双转块机构s=l1sin22第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构一、摇杆一、摇杆的极限位置和摆角的极限位置和摆角 曲柄与连杆两次共线时，摇杆达到极限位置。摇杆的摆角 极位夹角二、急二、急回特性回特性AB1AB2：1=180+C1C2（工作行程）AB2AB1：2=180-C2C1（空回行程）3 3 铰链四杆机构铰链四杆机构的几个特性的几个特性23第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构C1C2：慢 C2C1：快 急回特性C点平均速度t1t2v1v2定量描述：行程速比系数用于设计应用：利用快速的空回行程，可提高生产率。如牛头刨床24第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构三、压力三、压力角和传动角角和传动角压力角压力角：力与速度方向所夹锐角。F有效分力传动有利压力角压力角 的大小是判断机构传动性能好坏的标志。的大小是判断机构传动性能好坏的标志。FFtFaFtVc ABCD1234 Ft=Fcos-有效分力Fa=Fsin-径向分力25第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构为便于度量，常用传动角。传动角传动角：连杆与从动摇杆间所夹锐角，也是的余角。=90-对传动有利对传动有利设计时，应保证min40最小传动角位置：曲柄与机架共线曲柄与机架共线位置。ABCD：min=BCDAB”C”D：”min=180-B”C”D（若为钝角）min=min min,”min123426第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构 四、死点四、死点位置位置图示缝纫机传动机构，踏板为原动摇杆，曲轴为从动曲柄。使用中可能出现：踏不动或带轮反转现象?FABCD 连杆与曲柄共线，F通过铰链中心A，无法驱动曲柄。由机构死点位置造成死点：连杆与从动曲柄（或从动摇杆）共线。27第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构解决办法：利用回转构件的惯性冲过死点。对从动件施加额外的力。多组机构死点错开。28第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构利用死点：飞机起落架29第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构4 4 平面四杆机构平面四杆机构设计简介设计简介q 基本问题 两类：1.实现已知的运动规律。2.实现已知的从动件运动轨迹。q 设计方法图解法简便直观，但设计精度低；解析法精度高，应用最为广泛；实验法试凑，精度低，必要时采用。四杆机构的设计，就是根据给定的运动条件来确定机构运动简图的尺寸参数。30第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构C1B2C2B1一、按一、按给定连杆位置设计给定连杆位置设计AD铰链A、D位于连杆对应点连线的垂直平分线上。只给定连杆两个位置时，有无穷解。若给定连杆的三个位置，则有唯一解。31第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构已知已知已知已知:摇杆长度摇杆长度摇杆长度摇杆长度l l3 3,摆角摆角摆角摆角 和行程速比系数和行程速比系数和行程速比系数和行程速比系数K K,设计曲柄摇杆机构。设计曲柄摇杆机构。设计曲柄摇杆机构。设计曲柄摇杆机构。二、按给定行程速比系数设计二、按给定行程速比系数设计 设计步骤设计步骤设计步骤设计步骤 ：1 1）根据行程速比系数）根据行程速比系数）根据行程速比系数）根据行程速比系数K,K,求极位夹角求极位夹角求极位夹角求极位夹角 ;D90-AMNC1C2B1B2O2 2）任选固定铰链中心）任选固定铰链中心）任选固定铰链中心）任选固定铰链中心D D，确定，确定，确定，确定l l3 3两个极限位置两个极限位置两个极限位置两个极限位置C C1 1D CD C2 2D;D;3 3）连接）连接）连接）连接C C1 1C C2 2,C C2 2C C1 1O=90O=90 -,C C1 1C C2 2O=90O=90 -;4)4)以以以以OO为圆心为圆心为圆心为圆心 OOC C2 2为半径作圆为半径作圆为半径作圆为半径作圆,并在圆上任选铰链并在圆上任选铰链并在圆上任选铰链并在圆上任选铰链A A的位置的位置的位置的位置,得得得得l l4 4;5 5）由共线关系作出）由共线关系作出）由共线关系作出）由共线关系作出l l1 1 、l l2 2。32第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构三、给定两连架杆的对应位置设计四杆机构三、给定两连架杆的对应位置设计四杆机构1 解析法a、给定两组对应位置：无穷解b、给定三组对应位置：精确解c、多余三组对应位置：近似解设：l1=1,利用各杆投影关系,列出方程组33第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构2 几何实验法34第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构鹤式起重机搅拌机四、按给定点的轨迹设计四杆机构四、按给定点的轨迹设计四杆机构 四杆机构运转时，连杆上任一点都将在平面内描绘出一条曲线连杆曲线点的位置各杆相对尺寸曲线形状不同 满足各种工作要求35第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构设计方法：1 连杆曲线图谱36第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构2 实验法：试凑37第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构本章重点：本章重点：本章重点：本章重点：1.判定四杆机构类型（四杆机构存在曲柄的条件）。2.四杆机构的几个特性：急回特性、传动角和压力角、死点位置。思考题：思考题：思考题：思考题：一、判断题一、判断题1.如果一个四杆机构不满足l最短杆+l最长杆l其余1+l其余2，则该四杆机构必为双摇杆机构。（）2.如果一个四杆机构满足l最短杆+l最长杆l其余1+l其余2，则该四杆机构一定存在曲柄。（）38第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构3.将曲柄滑块机构的连杆改为机架，该机构演变为转动导杆机构。（）4.四杆机构压力角越大，传动性能越好。（）5.曲柄摇杆机构的传动角是指连杆与从动摇杆之间所夹的角。（）6.死点位置对四杆机构的工作总是不利的。（）二、填空题二、填空题1.一个四杆机构要存在曲柄，必须保证曲柄与（）实现两次共线。2.四杆机构的最小传动角出现在曲柄与（）共线位置。39第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构3.当曲柄与（）两次共线时，摇杆达到极限位置。4.曲柄摇杆机构的死点位置出现在连杆与（）共线时。5.牛头刨床利用了四杆机构的（）来提高生产效率。6.飞机起落架利用四杆机构的（）来防止其着陆时自动收起。ABCD12347.图示四杆机构，传动角为（），压力角为（）。40第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构 ABCD12347.图示四杆机构，传动角为（），压力角为（）。8.图示四杆机构，1=210，2=150，则行程速比系数K=（），极位夹角=（）。